深基坑變形及監(jiān)控分析

1、幽命一論文發(fā)表專家一 蛔布中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) 85!Fwww.qikanwang,nel 深基坑變形及監(jiān)控分析摘要：基坑工程得到廣泛的應(yīng)用。為了保證基坑及周圍環(huán)境的安 全，需對(duì)其變形加以控制。介紹了基坑變形的機(jī)理，基坑變形監(jiān)測(cè) 方法。關(guān)鍵詞：基坑變形監(jiān)測(cè)abstract： foundation pit has been widely applied. in order to guarantee the safety of founddation pit and surrounding environment, it needs to control its deformation. this pa

2、per introduce the mechanism of deformation and the deformation monitoring methods.keywords: foundation pit;deformtion;monitoring中圖分類號(hào)：u456.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào)1、概況隨著城市地鐵及高層建筑的迅猛發(fā)展，基坑工程在實(shí)際中得到越 來(lái)越廣泛的應(yīng)用。基坑開(kāi)挖勢(shì)必會(huì)引起周圍土體應(yīng)力場(chǎng)的改變，使 土體產(chǎn)生變形，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境造成影響。當(dāng)基坑設(shè)計(jì)或施 工不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，引起周邊環(huán)境的變化，嚴(yán)重 時(shí)甚至?xí)鸾Y(jié)構(gòu)破壞，造成資金損失和人員傷亡的結(jié)果，在

3、基坑 工程中，這樣的教訓(xùn)屢見(jiàn)不鮮。2、基坑變形形式和機(jī)理分析基坑開(kāi)挖時(shí)，破壞了土體原有的平衡狀態(tài)，使土體發(fā)生變形?；拿徽撐陌l(fā)表專家一 蛔中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) 坑底部卸除了原有的上覆土體，發(fā)生回彈隆起，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在背 后土壓力的作用下，向基坑方向移動(dòng)，使墻后土體應(yīng)力得以釋放， 進(jìn)而發(fā)生變形，直到取得新的平衡。因而，基坑開(kāi)挖引起的變形主 要有三部分：圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、基坑底部隆起、基坑周邊地表變形?；娱_(kāi)挖時(shí)，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)受力不平衡，引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變 形，這種變形包括水平變形和豎向變形。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和施工進(jìn) 度密切相關(guān)，開(kāi)挖較淺時(shí)，一般未設(shè)支撐，表現(xiàn)為墻頂位移較大、 且位移隨深度減小的三角形分布

4、。開(kāi)挖到一定深度后，需要設(shè)置支 撐，此時(shí)剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為三角形分布或平行剛體位移，而對(duì)于柔性 支撐，最大位移點(diǎn)一般位于墻頂下某一位置處。同等條件下，增加 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度可以減小其最大水平位移，但研究表明，采用其他 措施來(lái)減小支護(hù)變形，要比增加結(jié)構(gòu)剛度更為經(jīng)濟(jì)有效?；勇∑鹬饕袃煞矫娴脑颍夯娱_(kāi)挖去除了基底原有的土 體，坑底會(huì)相應(yīng)的回彈，出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。同時(shí)，在開(kāi)挖過(guò)程中，由 于坑壁外側(cè)的土體在自重和地表超載的作用下會(huì)從底部向坑內(nèi)方 向移動(dòng)。由于二者在基坑開(kāi)挖的不同階段起主要作用，使得基坑隆 起呈現(xiàn)出不同的特征：在開(kāi)挖深度不大時(shí)，前者處于支配地位，由 于兩側(cè)墻體對(duì)基底的約束作用，使基坑兩邊的隆起

5、量較小，中間較 大，表現(xiàn)為拋物線形式。開(kāi)挖到一定的深度后，墻體內(nèi)外側(cè)壓力差 變大，墻外側(cè)土體向坑內(nèi)方向移動(dòng)，使坑底土體水平向應(yīng)力加大， 導(dǎo)致土體剪應(yīng)力加大，出現(xiàn)塑性區(qū)而向上隆起。此時(shí)基坑兩邊的隆起量較大，基底隆起表現(xiàn)為中間小、兩邊大的馬鞍形?；娱_(kāi)挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在外側(cè)土體壓力的作用下向基坑方向發(fā)生 變形，從而使墻體外側(cè)土體應(yīng)力釋放，達(dá)到新的平衡。由于墻體向 基坑內(nèi)側(cè)變形，使墻后土體水平應(yīng)力減小，同時(shí)由于在施工過(guò)程中 墻后土體一般處于超載狀態(tài)，使得其豎向應(yīng)力加大。這就使得墻后 土體的剪力增大，出現(xiàn)塑性區(qū)，用摩爾應(yīng)力圓表示如圖1示。圖中 圓i為未開(kāi)挖時(shí)土體的應(yīng)力狀態(tài)，圓ii為開(kāi)挖后土體的應(yīng)力狀態(tài)。

6、 墻后土體一般表現(xiàn)為向基坑方向的水平位移和沉降，可見(jiàn)墻體的變 形對(duì)墻后土體的變形有重要影響。圖1墻后土體應(yīng)力狀態(tài)基坑開(kāi)挖過(guò)程中降水使土體有效應(yīng)力增加，土體壓縮或固結(jié)，也 會(huì)引起地表沉降。墻后土體沉降還和土體性質(zhì)、施工工藝、開(kāi)挖深 度及圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度等因素有關(guān)。3、基坑變形監(jiān)測(cè)由于基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)受到多方面因素的影響，其中包括工程 地質(zhì)、水文條件、場(chǎng)地環(huán)境、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)以及施工工藝等，不少 問(wèn)題目前尚無(wú)令人信服的結(jié)論，許多計(jì)算方法也僅建立在經(jīng)驗(yàn)和半 經(jīng)驗(yàn)之上，使基坑工程的設(shè)計(jì)和施工處于不定狀態(tài)。因此，在施工 過(guò)程中對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯得非常重要了，施工監(jiān)測(cè)既是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)正 確與否和發(fā)展理論的重要手

7、段，又是及時(shí)指導(dǎo)施工、避免發(fā)生事故 的必要措施?；幼冃伪O(jiān)測(cè)主要包括以下項(xiàng)目：沉降觀測(cè)、水平位移觀測(cè)和坑 底隆起觀測(cè)。3.1沉降觀測(cè)基坑工程一般位于建筑密集的市區(qū)，其開(kāi)挖會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一 定的影響，為保證基坑及周圍環(huán)境的安全，要對(duì)其沉降加以監(jiān)測(cè)。 沉降觀測(cè)主要是對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑影響范圍內(nèi)建筑物的下沉進(jìn) 行測(cè)量。沉降觀測(cè)采用水準(zhǔn)測(cè)量，利用獨(dú)立高程系統(tǒng)或與市設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行 聯(lián)測(cè)，每次觀測(cè)需形成閉合或符合水準(zhǔn)路線，精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。 沉降觀測(cè)專用水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)是整個(gè)沉降觀測(cè)中的重要環(huán)節(jié)，它是沉 降水準(zhǔn)測(cè)量的基準(zhǔn)，其穩(wěn)定性決定著觀測(cè)成果的精度。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布 置在基坑開(kāi)挖影響范圍之外，同時(shí)為防止某一水

8、準(zhǔn)點(diǎn)破壞而影響觀 測(cè)，應(yīng)布設(shè)23個(gè)點(diǎn)，并定期檢驗(yàn)是否穩(wěn)定。圖2地面測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖圖3建筑物沉降測(cè)點(diǎn)觀測(cè)結(jié)構(gòu)圖對(duì)于路面上的測(cè)點(diǎn)，為防止破壞，應(yīng)把點(diǎn)布置在地面下一定深度， 并加蓋保護(hù)（圖2），布置于建筑物上的測(cè)點(diǎn)，要確保點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)柱 上，并保證點(diǎn)穩(wěn)定、不易破壞（圖3）。3.2 水平位移圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移包括結(jié)構(gòu)頂部水平位移和深部水平位移（測(cè) 斜）兩部分，二者對(duì)保證基坑施工安全和周圍環(huán)境不被破壞具有重 要意義。目前，測(cè)定頂部水平位移的方法主要有視準(zhǔn)線法和小角度 法。視準(zhǔn)線法用于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為直線時(shí)的位移觀測(cè)，測(cè)量時(shí)沿基 坑某一測(cè)量邊向后4倍開(kāi)挖深度距離后設(shè)測(cè)站，在另一邊設(shè)后視點(diǎn)， 用帶有讀數(shù)刻畫的硯牌設(shè)在

9、觀測(cè)點(diǎn)上，測(cè)得穩(wěn)定的觀測(cè)值后定期測(cè) 量，求得水平位移量。當(dāng)測(cè)點(diǎn)不再同一直線上時(shí)，可用小角法測(cè)量。 在基坑開(kāi)挖影響范圍外設(shè)測(cè)站，取某穩(wěn)定的點(diǎn)作為固定后視點(diǎn)，測(cè) 量該點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)之間的角度，測(cè)量初始角度要求不小于兩次，以保證 準(zhǔn)確無(wú)誤。然后定期測(cè)量該角度的變化量，利用下式計(jì)算水平位移。式中：為測(cè)點(diǎn)的水平位移（mm）；為測(cè)點(diǎn)角度變化量（）；為 測(cè)站到測(cè)點(diǎn)的距離；為換算常數(shù)，其值為206265。為保證精度要求， 測(cè)量時(shí)應(yīng)滿足測(cè)站到后視點(diǎn)的距離至少為測(cè)站與測(cè)點(diǎn)距離的兩倍。圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑外側(cè)水土壓力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，為了掌握 結(jié)構(gòu)沿深度方向的變形情況，需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，即測(cè)斜。測(cè)斜一般

10、是利用測(cè)斜儀來(lái)完成的，它由測(cè)桿、電纜測(cè) 頭、讀數(shù)計(jì)、充電電源線組成，現(xiàn)以滑動(dòng)式測(cè)斜儀為例，將其工作 原理介紹如下?；瑒?dòng)式測(cè)斜儀及其導(dǎo)輪是沿著測(cè)斜導(dǎo)管的導(dǎo)槽沉降或提升，測(cè)斜 儀內(nèi)部傳感器可以敏感在每一深度處的傾斜角度，輸出一個(gè)電壓信 號(hào)，在讀數(shù)儀的顯示器上顯示出來(lái)，它輸出的信號(hào)是以測(cè)斜導(dǎo)管導(dǎo) 槽為方向基準(zhǔn)，在某一深度處，測(cè)頭上下導(dǎo)輪標(biāo)準(zhǔn)間距l(xiāng)上的傾斜 角的函數(shù)，該信號(hào)可以換算成水平位移。當(dāng)測(cè)斜儀與垂直線存在一 傾角。時(shí)，則它就輸出一個(gè)電壓信號(hào)。式中為測(cè)斜儀偏值；為測(cè)斜儀電壓標(biāo)定因數(shù)2.5v/g； g為重力加 速度。為了消除的影響，將測(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)180，在該點(diǎn)上進(jìn)行第二次測(cè)量 得：利用上兩式消去得：從

11、測(cè)斜原理示意圖（圖4）可以看出，其中為測(cè)點(diǎn)水平位移，為 導(dǎo)論間距為500mm，為導(dǎo)輪傾角。綜合上式可得，圖4測(cè)斜原理示意圖通過(guò)換算得到進(jìn)而從下向上累加，即得到測(cè)量值，兩次測(cè)量所得 值相減就得到測(cè)點(diǎn)在測(cè)量間隔時(shí)間內(nèi)的水平位移。實(shí)際上，目前很 多測(cè)斜儀都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，并能利用其提供的配套軟件 來(lái)很方便的得出測(cè)點(diǎn)的水平位移。4、變形監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題由于受眾多因素的影響，目前基坑變形的研究停留在原位測(cè)試、 數(shù)值模擬及經(jīng)驗(yàn)的層面上，這就使得監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。但鑒于種 種原因，實(shí)際設(shè)計(jì)與施工中對(duì)監(jiān)測(cè)的重要性認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)能達(dá)到信 息化監(jiān)測(cè)的目的。目前存在如下問(wèn)題：1）變形監(jiān)測(cè)中變形的控制值及位移速率很難確定，監(jiān)測(cè)人員大 多憑借過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，有時(shí)難免不會(huì)發(fā)生變形過(guò)大，危及基坑及 周圍環(huán)境的安全，造成不應(yīng)有的損失。2）在深部水平位移測(cè)量中，一般假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部靜止不動(dòng)， 從底部向上累加而得出各點(diǎn)的位移。雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的入土深 度，但在很大的內(nèi)外土壓力作用下，底部也會(huì)發(fā)生一定的位移，故 這種假定是不科學(xué)的。鑒于此，可以先測(cè)出圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂